大学计算机网络技术及实训-张蒲生-大学教学资料课件PPT
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大学计算机网络技术及实训-张蒲生-大学教学资料课件PPT,大学计算机,网络技术,张蒲生,大学,教学,资料,课件,ppt
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计算机网络技术及实训张蒲生 主编中国水利水电出版社第4章 局域网及其应用 4.1 局域网概述 4.2 以太网 4.3 组建局域网 4.4 现代局域网技术4.1 局域网概述4.1.1 局域网的定义与特点4.1.2 局域网的组建模式4.1.3 组建对等网4.1.4 单元实训：在虚拟机环境搭建对等网4.1.1 局域网的定义与特点1.局域网的定义局域网中的通信被限制在中等规模的地理范围内，例如一幢办公楼、一座工厂或一所学校，能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率；局域网是专用的，由单一组织机构所使用。分析局域网的定义的几个要点： 局域网支持多对多的通信，即连在局域网中任何一个设备都能与网上的任何其他设备直接进行通信。 局域网中的“设备”是广义的，它包括在传输介质上的任何设备， 局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。 局域网地域范围是适中的，通常在10km之内。 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。 局域网的信道以适中的数据速率传输信息。 4.1.1 局域网的定义与特点局域网还具有以下特点： 可实现对数据的安全、集中管理 进行网络远程访问 便于进行协同操作 较高的安全性和稳定性4.1.2 局域网的组建模式1.对等网模式一般对等网的组建分为两种形式，一种形式是无需集线器或交换机的两台主机之间的互联，另外一种是需要集线器或交换机的对等网的组建，它可以连接两台或者以上的主机。 2. 客户端/服务器模式(Client-Server)3. Intranet4.1.3 组建对等网1. 网络组件2. 组建对等网4.1.3 组建对等网1. 网络组件 通信协议无论是对等网还是客户端/服务器端网络，都需要有四种网络组件：通信协议、客户端程序、服务程序和网络适配器。 用NetBEUI协议实现对等网实现网络连接需要相应的通信协议，对等网可以使用NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface，增强型NetBIOS用户界面)作为通信协议。 用TCP/IP协议实现对等网P/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网协议)，它是Internet上使用的一个协议组，包含多个子协议。 4.1.3 组建对等网2. 组建对等网 安装网卡 网络通信协议的安装 指定IP地址 动态获取IP地址 客户端服务程序的安装 网络服务程序的安装4.1.4 单元实训：在虚拟机环境搭建对等网1. 实训目的 学会在采用真实PC与虚拟PC配置对等网方法； 掌握Windows系统中“网上邻居”的操作。2. 实训条件 在真实计算机上安装Windows XP操作系统。 在虚拟计算机上安装Windows 98操作系统。 Windows XP.iso和Windows 98.iso文件。实训内容与步骤 虚拟机的网络配置 真实机的网络配置 网络测试4.2 以太网4.2.1 以太网的概述4.2.2 交换式以太网4.2.3 快速以太网100BASE-T4.2.4 千兆以太网4.2.1 以太网的概述1.以太网简介以太网(Ethernet)是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，命名为当时的时髦名词“以太”网Ethernet 2. 以太网的拓扑结构和传输介质早期用同轴电缆作传输介质，采用总线型拓扑结构，现在常用集线器或交换机连接成星型拓扑或树型拓扑结构，双绞线或光纤作为传输介质，其工作原理与总线型网络是完全一致的。以太网Ethernet通常使用四种传输介质：粗缆、细缆、双绞线和光纤。4.2.2 交换式以太网1. 交换式以太网的基本结构2. 以太网交换机的工作原理3. 交换机的帧转发方式1. 交换式以太网的基本结构 共享式以太网交换式以太网(Switched Ethernet)的核心设备是以太网交换机(Ethernet Switch)，它可以有多个端口，每个端口可以单独与一个节点连接，也可以与一个以太网集线器(HUB)连接。 交换式以太网共享式以太网采用以集线器为中心的星型连接方式，但实际上是总线型的拓扑结构。所有节点共享一条公共通信传输介质，不可避免将会有冲突发生。2. 以太网交换机的工作原理1.以太网交换机结构与工作过程如图所示。3. 交换机的帧转发方式以太网交换机的数据帧转发方式可以分为以下三类： 直接交换方式在直接交换(cut through)方式中，交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。其优点是交换延迟时间短；缺点是缺乏差错检测能力，不支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。 存储转发交换方式在存储转发(store and forward)方式中，交换机首先完整的接收发送帧，并先进行差错检测。其优点是具有帧差错检测能力，并能支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发，缺点是交换延迟时间将会增长。 改进直接交换方式进的直接交换方式则将二者结合起来，它在接收到帧的前64字节后，判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。 4.2.3 快速以太网100BASE-T1.快速以太网的发展对已大量存在的以太网来说，要保护用户已有的投资，同时又要增加网络的带宽，快速以太网(Fast Ethernet)是符合后一种要求的新一代高速局域网。2. 快速以太网的协议结构速以太网100BASE-T是在双绞线上传送100Mbps基带信号的星型拓扑结构的以太网，仍使用CSMA/CD协议，其所用标准代号为IEEE802.3 u，与10BASE-T同属于IEEE802.3标准，但某些重要参数作了一定的修正，是IEEE802.3的补充标准。4.2.4 千兆以太网1. 千兆以太网的发展在数据仓库、桌面电视会议、三维图形与高清晰度图像这类应用中，人们不得不寻求拥有更高带宽的局域网。千兆以太网(gigabit Ethernet)就是在这种背景下产生的技术。 2. 千兆以太网的协议结构IEEE 802.3 z标准在LLC子层使用IEEE 802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些必要的调整，它定义了新的物理层标准(1000BASE-T)。4.3 组建局域网4.3.1 同轴电缆的组网4.3.2 双绞线的组网4.3.3 快速以太网的组建4.3.4 千兆以太网的组建4.3.1 同轴电缆的组网使用同轴电缆组建以太网主要有粗缆、细缆、粗缆与细缆混用三种方式。1.细缆以太网2. 细缆以太网组网规则 采用RG-58/U型50同轴电缆。每段电缆最大长度为185m，最多5段(段间需用中继器连接)，各段电缆末端使用终接器终结，电缆总长度最大为925m。 每段电缆最多可连接30个站点，两站点之间的最大距离为0.5m。 网卡提供BNC接口，两条同轴细缆通过T形接头与网卡连接，所有T形接头必须直接接到工作站BNC接口上，不能在电缆中间作段接使用。 终接器为50的BNC终接器，一个网络的两端终接器中的一端必须接地。4.3.2 双绞线的组网 使用双绞线组建以太网是目前流行的局域网组网方式，由于使用非屏蔽双绞线组建局域网具有容易安装与管理，造价低，系统可靠性好等优点，这种方式得到了广泛的应用。1. 基本的硬件设备2. 双绞线以太网组网规则1. 基本的硬件设备在使用非屏蔽双绞线组建符合10BASE-T标准的以太网时，需要使用带有RJ-45接口的以太网卡、集线器、3类或5类非屏蔽双绞线、RJ-45连接头等硬件设备。照使用集线器的方式，双绞线组网方法可以分为单一集线器结构、多集线器级联结构、堆叠式集线器结构。 单一集线器结构 多集线器级联结构 堆叠式集线器结构2. 双绞线以太网组网规则 用双绞线(UTP)将工作站连接到集线器(HUB)上，一段双绞线的最大长度为100m。 双绞线插头、工作站网卡和集线器的插座均采用RJ-45标准接口。 传输介质上最多只允许接入4个中继器，从而构成5个网段，5个网段可长500m。 最低采用3类UTP，其特征阻抗为100。 网卡上配有内置式收发器和RJ-45型插座，用于双绞线直接连接。单个集线器和多个集线器的10BASE-T以太网连接如图所示。4.3.3 快速以太网的组建1. 基本的硬件设备2. 快速以太网组网方法3. 100BASE-T拓扑规则1. 基本的硬件设备 组建快速以太网，需要使用100Mbps集线器或100Mbps以太网交换机、10Mbps集线器、以太网卡(10Mbps，100Mbps，10/100Mbps)、双绞线或光纤等硬件设备。2. 快速以太网组网方法100BASE-T集线器的功能以及网络连接方法，与普通的10BASE-T集线器基本相同。因此，以共享式100BASE-T集线器为中心的快速以太网结构，与传统的以太网结构基本上是相同的,其连接方法如图所示。3. 100BASE-T拓扑规则 最大UTP电缆长度为100m。 在一条链路上，对于延时为0.7s以下中继器，最多只能使用1个，可以构成每段长100m的两段链路，即站点到中继器距离100m，中继器到交换机距离为100m。 对于光纤作为垂直布线的拓扑结构，纵向只能连接一个中继器(集线器) 利用全双工光纤的拓扑结构，通过非标准的100BASE-FX接口连接，可以使工作站(远程)或集线器到路由器或交换机的距离达到2km。根据上述规则构成的100BASE-T拓扑结构如图所示。4.3.4 千兆以太网的组建1. 基本的硬件设备组建千兆以太网，需要使用1000Mbps以太网交换机、1000Mbps以太网卡、100Mbps以太网交换机或100Mbps集线器、以太网卡(10Mbps，100Mbps，10/100Mbps)、双绞线或光纤等硬件设备。2. 千兆以太网组网方法最初要求使用光纤缆，但现在用五类非屏蔽双绞线和同轴电缆也能很好地实现。此外，IEEE标准将支持最大距离为500m的多模光纤、最大距离为2000m的单模光纤和最大距离为25m的同轴电缆。3. 千兆位以太网的应用千兆位以太网可以用于多个布线区域到网络核心的通信。同时千兆位以太网和千兆位交换机也可以用于聚集多个作为路由器前端的低速交换机到路由器的通信。 4.4 现代局域网技术4.4.1 光纤分布式数据接口4.4.2 虚拟局域网4.4.3 三层交换技术4.4.4 无线局域网4.4.1 光纤分布式数据接口1. FDDI的工作原理FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互连局域网与计算机。典型的FDDI作为主干网互连多个局域网的结构如图所示。4.4.1 光纤分布式数据接口2. FDDI的技术特点 以光纤作为传输介质的高速主干网； 基于共享介质原理，是令牌环体系结构的拓展； 使用基于IEEE 802.5的单令牌的环型网介质访问控制MAC协议； 数据传输速率为100Mbps，可支持1000个物理连接，环路的长度为100km； 采用双环拓扑结构，可增加网络容错能力，提高了可靠性； 可以使用多模或单模光纤采用单模光纤时，两节点之间距离可超过20km，全网光纤总长可以达到数千公里。 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。 使用IEEE 802.2协议，与符合IEEE 802标准的局域网兼容。4.4.1 光纤分布式数据接口3. FDDI的应用环境FDDI主要用于以下几种应用环境中： 计算机机房网称为后端网络，用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。 办公室或建筑物群的主干网称为前端网络，用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。 校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。 多校园的主干网，用于连接地理位置相距几千米的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。4.4.2 虚拟局域网随着交换技术的发展，交换式局域网结构逐渐取代了传统的共享介质局域网。交换技术的发展也为虚拟局域网(VLAN，Virture LAN)的实现提供了技术基础，交换式局域网是虚拟局域网的基础。1. 虚拟局域网的概念2. 虚拟局域网的实现技术1. 虚拟局域网的概念虚拟局域网是建立在交换技术基础上的。如果将局域网上的工作站按照工作性质与需要，划分成若干个“逻辑工作组”，那么一个逻辑工作组就是一个虚拟局域网。 虚拟局域网的结构虚拟局域网的一组节点可以位于不同的物理网段上，但是它们并不受节点所在物理位置的束缚，相互之间通信就好像在同一个局域网中一样。 2. 虚拟局域网的实现技术2. 虚拟局域网的实现技术 虚拟局域网的组网方法 用交换机端口号定义虚拟局域网 用MAC地址定义虚拟局域网 用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网。4.4.3 三层交换技术1. 产生三层交换的背景2. 网桥、交换机和二层交换3. 三层交换技术与产品1. 产生三层交换的背景 由于Internet的广泛应用，促进大量的企业、部门和学校纷纷组建自己的局域网，并将自己的企业网和校园网作为子网，通过路由器接入Internet。2. 网桥、交换机和二层交换在组建单个的局域网时可以用局域网交换机代替传统的集线器。局域网交换机比传统的集线器具有低的数据传输延迟、高的传输带宽等明显的优点。于是，利用局域网交换机的共享端口，可以将多个局域网互连起来。网桥和局域网交换机从本质上没有什么区别，并且它们都是在网络的二层实现了交换。局域网交换机通过硬件结构，使数据帧处理的延迟时间由网桥的几百微秒减少到几十微秒。网桥的数据帧转发功能是通过软件实现的，而局域网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的。3. 三层交换技术与产品 三层交换技术在设计三层交换产品时通常使用下面一些方法： 削减处理的协议数，常常只对IP； 只完成交换和路由功能，限制特殊服务； 使用专用集成电路(ASIC)构造更多功能，而不是采用RSIC处理器之上的软件运行这些功能。 三层交换机的功能与技术 分组转发 路由处理 安全服务 特殊服务三层交换机一般采用两种概念性的技术：专用方法和逐分组交换。 专用方法 逐分组交换4.4.4 无线局域网1. 无线局域网介绍2. 无线局域网的特点3. 无线局域网的传输介质4. 无线局域网的拓扑结构5. 无线网络IEEE802.11标准1. 无线局域网介绍1. 无线局域网介绍一般来讲，所谓无线，顾名思义就是利用无线电波来作为信息的传导，而就应用层面来讲，它与有线网络的用途完全相似，两者最大不同的地方是在于传输媒介不同。2. 无线局域网的特点 安装便捷、维护方便 使用灵活、移动简单 经济节约、性价比高 易于扩展、大小自如综上所述，无线局域网具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。3. 无线局域网的传输介质 无线电波与红外线无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。 无线天线(Antenna)无线天线与一般电视和手机所用的天线不同，其原因是频率不同，无线局域网所用的频率为较高的2.4GHz频段。 扩展频谱技术扩展频谱(Spread Spectrum)技术是一种常用的无线通讯技术，简称展频技术，展频技术的无线网络产品不受FCC限制的ISM频段，频率范围开放在902M928MHz及2.4G2.484GHz两个频段，所以并没有所谓使用授权的限制。4
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